随着直流输电工程的发展与输电电压等级的提高,对相应电器设备也有了更高要求。在直流母线避雷器的使用中,多支阀片柱并联结构的氧化锌避雷器凭借其吸收过电压能量强的优势得到广泛的推广,成为高压、特高压直流输电系统中过电压保护的关键设备。避雷器实际运行过程中在吸收过电压时会产生损耗,在长期承受线路正常工作电压时也会因小电流作用,导致阀片柱有一定的损耗。损耗的存在会使避雷器发热、整体温度发生变化,而温度分布和温升的大小影响着氧化锌阀片的老化程度及避雷器的使用寿命,关乎整个电力系统安全运行。因此,研究多柱避雷器内部与整体的时变温升、温度场分布,对避雷器的热老化分析、散热结构设计、延长使用寿命具有重要意义。目前,针对避雷器温度场的时变特性与多物理场耦合求解的研究并不多见,基于此,本文的主要研究内容如下:首先按照实际尺寸参数构建了单节多柱并联直流避雷器的三维几何模型,根据电场理论与传热学理论搭建了电-热耦合仿真计算的数学模型。采用有限元分析软件的多物理场耦合模块进行数值求解,得到单节避雷器整体的时变温度场分布以及内部阀片柱不同位置温升变化的一般规律。通过与实际运行经验和测温实验数据进行比较后,验证了该耦合计算方法的可行性。其次在电-热耦合模型的基础上,结合流体力学理论建立电-热-流耦合计算模型,对单节多柱避雷器发热与散热过程展开更加完善的多物理场耦合计算。其计算结果与电-热耦合相比后表明,考虑内部流场后,可减小计算误差。为了进一步研究目标避雷器的温度特性,找出内部不同位置温度分布时变规律和最高温度的变化,采用耦合模型对顶部高温区域的温度场、流场、气流分布、气体流动形式进行了计算求解,发现了气体流动与避雷器内部温度分布及温升变化之间的关系,并发现多柱避雷器的套筒与端头会影响温度场和气流场的分布。最后结合仿真计算的结果,针对多柱避雷器整体散热的问题,对原几何模型的套筒结构进行了改进,并对改进后的模型进行了多物理场耦合计算。根据计算结果验证了改进后套筒结构的可行性。